ES3014994T3 - Patterned fibre fabrics for a wind turbine blade preform - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método de fabricación de una pieza de pala de aerogenerador (10) mediante una preforma (98). Se disponen varias capas dentro de un molde de preforma (90) para formar una pila de capas, donde una o más de las capas están formadas por un tejido alargado (70) compuesto por un material fibroso tratado con un aglutinante. El tejido alargado comprende un patrón alternado de primeras secciones de material fibroso sin aglutinante y segundas secciones de material fibroso tratado con aglutinante. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Tejidos de fibra con patrón para una preforma de pala de turbina eólica

Campo de la invención

[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de una pieza de pala de turbina eólica, y a una preforma para fabricar la pieza de pala de turbina eólica.

Antecedentes de la invención

[0002] La energía eólica proporciona una fuente de energía limpia y respetuosa con el medio ambiente. Las turbinas eólicas normalmente comprenden una torre, un generador, una caja de engranajes, una góndola y una o más palas de rotor. Las palas de turbina eólica capturan la energía cinética del viento usando principios de perfil alar conocidos. Las turbinas eólicas modernas pueden tener palas de rotor que excedan los 90 metros de longitud.

[0003] Las palas de turbina eólica normalmente se fabrican formando dos partes o mitades de concha a partir de capas de material de fibras y resina. Las tapas de larguero(“spar caps")o laminados principales se colocan o integran en las mitades de concha y se pueden combinar con almas a cortante(“shear webs")o vigas de larguero(“spar beams")para formar miembros de soporte estructural. Las tapas de larguero o laminados principales se pueden unir al, o integrar dentro del, interior de las mitades de lado de succión y de presión de la concha.

[0004] Las mitades de concha de las palas de turbina eólica normalmente se fabrican usando moldes de pala. En primer lugar, se aplica una capa de gel o imprimación de pala al molde. Posteriormente se colocan refuerzos y/o tejidos de fibra en el molde seguido de la infusión de resina. Típicamente se usa vacío para introducir material de resina en un molde. De forma alternativa, se puede usar tecnología de preimpregnado, en la que una fibra o tejido(“fabric")preimpregnado con resina forma un material homogéneo que se puede introducir en el molde. Son conocidas otras varias técnicas de moldeo para fabricar palas de turbina eólica, incluyendo moldeo por compresión y el moldeo por transferencia de resina. Las mitades de concha se ensamblan encolándose o asegurándose con pernos entre sí sustancialmente a lo largo de un plano de cuerda de la pala.

[0005] En el procedimiento de fabricación descrito anteriormente se pueden usar preformas. Una preforma es una disposición conformada de fibras, tal como múltiples capas de fibra, que se ha unido y/o consolidado para su uso posterior como parte de la colocación de fibras en el molde de pala. La razón para usar preformas para la fabricación de palas es reducir el tiempo de ciclo en el molde de pala. Además, el uso de preformas puede reducir el número de reparaciones requeridas debido a la estructura preconsolidada de las preformas.

[0006] Sin embargo, la fabricación de preformas para palas de turbina eólica, por ejemplo, para una región de raíz de la pala, puede ser bastante difícil debido a las dimensiones cada vez mayores tanto de las palas como de las preformas de las mismas. La fabricación de preformas de diferentes conformaciones y tamaños puede llevar mucho tiempo y ser costosa, especialmente cuando se deben formar superficies complejas y/o curvadas como parte de la preforma.

[0007] El documento WO 2014/166493 A1 se refiere a un procedimiento para fabricar una sección de raíz de una pala de turbina eólica que comprende proporcionar una preforma de fibra al proporcionar al menos una primera capa de material de refuerzo seco, colocar una tira reforzadora en la al menos una primera capa de material de refuerzo seco, colocar al menos una segunda capa de material de refuerzo seco en la tira reforzadora para formar una pila (“stack”); y unir la pila a lo largo de filas de unión.

[0008] El documento WO 2020/169160 A1 divulga un procedimiento y un aparato para el tratamiento de una estera de fibras, donde una estera de fibras sin tratar se alimenta desde un rodillo de suministro y a través de un aplicador de resina en una dirección de transporte. El aplicador de resina aplica resina sobre una superficie de la estera de fibras para formar listas de resina que se extienden en una primera dirección lateral.

[0009] El documento WO 2020/173929 A1 se refiere a un molde de preforma para fabricar una preforma para una pala de turbina eólica, comprendiendo el molde de preforma uno o más elementos de soporte y una pluralidad de miembros de tira dispuestos en los uno o más elementos de soporte, en el que al menos uno de los miembros de tira comprende una superficie superior que se extiende entre un primer borde lateral y un segundo borde lateral opuesto, una ranura que se extiende a lo largo del primer borde lateral y una lengüeta que se extiende a lo largo del segundo borde lateral, en el que los miembros de tira están dispuestos en yuxtaposición, y en el que la lengüeta de un miembro de tira está fijada de forma liberable dentro de la ranura de un miembro de tira contiguo, formando las respectivas superficies superiores de los miembros de tira una superficie de moldeo para moldear la preforma.

[0010] El documento WO 2017/148514 A1 se refiere a un procedimiento de moldeo de una parte de concha de una pala de turbina eólica que comprende disponer una o más preformas en la cavidad de molde, en el que cada plancha preformada comprende una mezcla de mechas de fibra y un agente aglutinante, en el que las mechas de fibra están unidas al menos parcialmente entre sí por medio del agente aglutinante.

[0011]El documento WO 2019/115337 A1 divulga un sistema de fabricación y un procedimiento para la fabricación de preformas para piezas de pala de turbina eólica, que comprenden al menos moldes de preforma que tienen un ancho sustancialmente idéntico y una altura sustancialmente idéntica.

[0012]El documento WO 02/088231 A1 se refiere a un material de moldeo que comprende una capa fibrosa que lleva material resinoso para tener al menos un área de contenido de resina relativamente alto y al menos otra área de contenido de resina relativamente bajo definidas en una superficie de la capa fibrosa.

[0013]Los procedimientos conocidos para la fabricación de preformas implican la colocación de una serie de capas de fibra en un molde de preforma en combinación con un agente aglutinante, que se puede usar para unir las fibras y/o las capas entre sí, y el uso de una etapa de calentamiento posterior para finalizar la preforma. En particular, cuando se fabrican preformas relativamente largas y curvadas, estos procedimientos conocidos adolecen de mala adaptabilidad, es decir, insuficiente capacidad de las capas de fibra para ajustarse a la superficie del molde de preforma. Esto, a menudo, da como resultado la formación de arrugas y otros defectos que repercuten negativamente sobre la calidad de la preforma y, por tanto, a la postre, de la pala de turbina eólica.

[0014]Por tanto, un primer objetivo de la presente invención es proporcionar una manera más eficaz de fabricar preformas para piezas de pala de turbina eólica.

[0015]Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de fabricación de preformas para una pala de turbina eólica que dé como resultado una reducción o eliminación de la formación de arrugas u otros defectos en la colocación de fibras de la preforma.

[0016]Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una preforma con una integridad estructural mejorada y una pala de turbina eólica que comprenda dicha preforma.

Breve explicación de la invención

[0017]Los autores de la presente invención han descubierto que uno o más de dichos objetivos se pueden lograr proporcionando un procedimiento de fabricación de una pieza de pala de turbina eólica, comprendiendo el procedimiento:

proporcionar un molde de preforma,

disponer una pluralidad de capas dentro del molde de preforma para formar una pila de capas, en el que una o más de las capas está formada por un tejido, preferentemente un tejido alargado, que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, comprendiendo el tejido un patrón alterno de primeras secciones de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones de material de fibras tratado con agente aglutinante, en el que una o más de las capas está formada por una plancha que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, en el que el agente aglutinante está distribuido uniformemente a lo largo de la plancha

calentar la pila de capas para formar una preforma,

transferir la preforma a un molde de pala que comprende una cavidad del molde,

infundir resina en la cavidad del molde de pala,

curar y/o endurecer la resina para formar la pieza de pala.

[0018]Los autores de la presente invención han descubierto que este procedimiento permite un procedimiento de fabricación considerablemente más eficaz de preformas de pala de turbina eólica. Al proporcionar una o más de las capas como el tejido con patrón descrito anteriormente, se obtiene una adaptabilidad significativamente incrementada. Esto da como resultado una calidad mejorada de la preforma, menos formación de arrugas y una reducción del tiempo de colocación en el molde de preforma. En particular, la preforma de la presente invención puede comprender uno o más de los tejidos con patrón, es decir, tejidos que comprendan un patrón alterno de primeras secciones de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones de material de fibras tratado con agente aglutinante, y uno o más tejidos sin patrón, comprendiendo cada uno material de fibras con agente aglutinante aplicado de forma regular o aleatoria. De acuerdo con la invención, una o ambas de las capas exteriores de la pila están formadas por un tejido con patrón y una o más de las capas interiores de la pila están formadas por un tejido sin patrón.

[0019]La pieza de pala de turbina eólica de la presente invención puede ser preferentemente una mitad de concha, tal como una mitad de concha de lado de presión o una mitad de concha de lado de succión. El molde de preforma normalmente comprende una superficie de moldeo de preforma, tal como una superficie de moldeo de preforma curvada. El molde de preforma puede tener una longitud de al menos 15 metros, tal como de 30 metros.

[0020]Una pluralidad de capas, tales como capas de fibra, están dispuestas dentro del molde de preforma para formar una pila de capas. Es preferente que al menos cinco capas, tal como al menos diez capas, por ejemplo, 10 30 capas, estén dispuestas dentro del molde de preforma para formar una pila de capas. Una o más de las capas, tal como todas las capas, son preferentemente capas de fibra, tal como tejidos de fibra. Las capas pueden incluir una o más esteras de fibras uniaxiales y una o más esteras de fibras biaxiales. Preferentemente, al menos uno de los tejidos con patrón de la pila es una estera de fibras uniaxiales. Además, preferentemente, al menos uno de los tejidos sin patrón de la pila es una estera de fibras biaxiales.

[0021]Una o más de las capas, preferentemente dos o más de las capas, están formadas por un tejido, preferentemente un tejido alargado, que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, tal como un tejido UD o un tejido en un rollo. El material de fibras que se trata con el agente aglutinante puede incluir el material de fibras que está en contacto o que se impregna con el agente aglutinante. Por ejemplo, una superficie superior del tejido alargado se puede poner en contacto o impregnar con el agente aglutinante, por ejemplo, aplicando el agente aglutinante a la superficie superior en forma pulverulenta o en forma líquida. Por tanto, el patrón del agente aglutinante se proporciona preferentemente al menos en la superficie superior y/o en la superficie inferior del tejido con patrón.

[0022]El tejido normalmente tiene una longitud que se extiende a lo largo de la dirección longitudinal del tejido, un ancho y un grosor. Asimismo, la preforma tiene una longitud que se extiende a lo largo de la dirección longitudinal de la preforma, un ancho y un grosor, en la que normalmente la dirección longitudinal del tejido coincide con la dirección longitudinal de la preforma. La preforma es preferentemente una preforma alargada. Por tanto, el ancho y el grosor de la preforma o tejido alargado son menores que su longitud o extensión longitudinal. El tejido alargado y/o la preforma alargada típicamente tendrán una longitud de al menos 10 metros, tal como de al menos 15 metros, preferentemente de al menos 20 metros. Cuando se dispone en el molde de pala, la longitud o extensión longitudinal de la preforma típicamente se alineará con la dirección a lo largo de la envergadura de la pala de turbina eólica.

[0023]El tejido puede ser una estera de fibras, tal como una estera de fibras de vidrio, preferentemente una estera de fibras de vidrio uniaxiales. El tejido comprende un patrón alterno de primeras secciones, preferentemente tiras, de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones, preferentemente tiras, de material de fibras tratado con agente aglutinante. El agente aglutinante se puede aplicar en este patrón alterno en forma de un agente aglutinante en polvo que se esparce usando un aplicador de polvo o un dispositivo de dispersión. Preferentemente, el patrón alterno se crea aplicando agente aglutinante en polvo solo en partes seleccionadas del tejido alargado. En un modo de realización preferente, el patrón alterno es un patrón de listas. En un modo de realización preferente, las primera y segunda secciones son respectivas regiones en la superficie superior o inferior del tejido con patrón. Por tanto, la superficie superior y/o la superficie inferior del tejido con patrón pueden comprender regiones de superficie alternas con y sin agente aglutinante aplicado a dicha superficie.

[0024]La pila de capas puede comprender al menos dos de los tejidos alargados que comprenden el patrón alterno, por ejemplo, formando la capa inferior y la capa superior de la pila. Además, se pueden usar dentro de la pila uno o más tejidos alargados adicionales que comprendan el patrón alterno. En un modo de realización preferente, la pila de capas comprende tres o más de los tejidos alargados que comprenden el patrón alterno, por ejemplo, los tres o más de los tejidos alargados que forman las tres o más capas inferiores o las tres o más capas superiores de la pila.

[0025]La etapa de colocación de fibras para formar la pila de capas de la preforma típicamente comprenderá el uso de uno o más dispositivos de colocación de fibras. En general, el procedimiento comprende una etapa de calentamiento del material de fibras y el agente aglutinante para formar una preforma. Preferentemente, el material de fibras y el agente aglutinante se calientan usando uno o más dispositivos de calentamiento, tales como un horno. Preferentemente, se añade un agente aglutinante a las fibras antes de la etapa de calentamiento. En la preforma, dicho agente aglutinante está presente preferentemente en una cantidad de un 0,1-15 % en peso con respecto al peso del material de fibras. El agente aglutinante también puede estar presente en una cantidad de 2 50 gramos por metro cuadrado de superficie de vidrio de la preforma, preferentemente de 5-30 gramos por metro cuadrado.

[0026]Típicamente, las diversas capas se colocan sucesivamente sobre una superficie de moldeo del molde de preforma. El material de fibras de las capas puede comprender fibras de vidrio, fibras de carbono o una combinación de las mismas. Para cada tejido con patrón o para cada capa sin patrón de la pila, el material de fibras puede ponerse en contacto de forma ventajosa con un agente aglutinante antes o durante la colocación de fibras. En algunos modos de realización, el material de fibras puede incluir mechas de fibra, tales como mechas de fibra de vidrio. En algunos modos de realización, se colocan sucesivamente múltiples capas de mechas de fibra o manojos de mechas en cada molde de preforma. En algunos modos de realización, las diversas capas se colocan a partir de fibra de vidrio suministrada en rollos.

[0027]El agente aglutinante se puede añadir simultáneamente con las capas de fibra o posteriormente a la colocación de fibras. En la preforma, el agente aglutinante está presente preferentemente en una cantidad de un 0,1-15%en peso con respecto al peso del material de fibras. El agente aglutinante también puede estar presente en una cantidad de 5-40, preferentemente de 10-20, gramos por metro cuadrado de superficie de vidrio de la preforma. En modos de realización preferentes, el agente aglutinante está presente en una cantidad de un 0,5-5 % en peso, preferentemente un 0,5-2,5 % en peso, con respecto al peso del material de fibras. De forma ventajosa, el agente aglutinante es un agente aglutinante termoplástico. El agente aglutinante puede comprender preferentemente un poliéster, preferentemente un poliéster bisfenólico. En algunos modos de realización, el agente aglutinante comprende un éster vinílico.

[0028] En un modo de realización preferente, el calentamiento de la pila de capas tiene lugar a una temperatura de entre 40 y 160 °C, preferentemente de entre 90 y 160 °C. Un ejemplo de un agente aglutinante adecuado es un poliéster comercializado bajo el nombre NEOXIL 940. Los ejemplos incluyen NEOXIL 940 PMX, NEOXIL 940 KS 1 y NEOXIL 940 HF 2B, todos fabricados por DSM Composite Resins AG. Otro ejemplo es una resina de poliéster comercializada bajo el nombre C.O.I.M. FILCO® 661 FPG 005, que es una resina de poliéster insaturado bisfenólico en forma pulverulenta. Preferentemente, el agente aglutinante es un poliéster, preferentemente un poliéster bisfenólico. En otros modos de realización, el agente de aglutinante es un adhesivo termofusible o basado en una resina con preimpregnado.

[0029] De acuerdo con otro modo de realización, el agente aglutinante es un agente aglutinante termoplástico. Típicamente, las capas de la pila están unidas al menos parcialmente entre sí por medio del agente aglutinante por unión térmica. En un modo de realización preferente, el agente aglutinante es un polvo aglutinante, tal como un polvo aglutinante termoplástico.

[0030] A continuación, la pila de capas se puede calentar para consolidarse y fijar las capas para formar la preforma. Además, la pila de capas se puede someter a vacío junto con la etapa de calentamiento. A continuación, la preforma se puede transferir a un molde de pala que comprenda una cavidad de molde, por ejemplo, una cavidad de molde para formar una mitad de concha de pala, tal como una mitad de concha de lado de succión o una mitad de concha de lado de presión. Típicamente, una pluralidad de preformas fabricadas de acuerdo con el procedimiento de la presente invención están dispuestas en la cavidad de molde, opcionalmente junto con otro material de fibras y/o materiales de núcleo. Se infunde resina en la cavidad de molde de pala para impregnar las preformas y el otro material, seguido de curado y endurecimiento de la resina para formar la pieza de pala, tal como la mitad de concha de pala.

[0031] La resina para inyectar la preforma durante la fabricación de piezas de pala de turbina eólica, tal como un laminado de raíz, puede ser una epoxi, un poliéster, un éster vinílico u otro material termoplástico o duroplástico adecuado. En otros modos de realización, la resina puede ser una resina termoendurecible, tal como epoxi, éster vinílico o poliéster, o una resina termoplástica, tal como nailon, PVC, ABS, polipropileno o polietileno.

[0032] En un modo de realización preferente, las primera y segunda secciones están formadas como bandas, preferentemente bandas paralelas. En otro modo de realización preferente, las primera y segunda secciones están formadas como tiras, preferentemente tiras paralelas. Es preferente que el tejido alargado tenga una dirección longitudinal, es decir, la dimensión de longitud del tejido alargado, y dichas tiras o bandas estén orientadas sustancialmente paralelas a la dirección longitudinal del tejido alargado. Por tanto, las tiras o bandas son preferentemente paralelas entre sí y están alineadas a lo largo de la dirección de longitud de la preforma alargada. Se ha descubierto que dichas disposiciones dan como resultado una adaptabilidad, en particular, buena de la preforma en el molde de preforma, en particular, cuando el molde de preforma comprende una superficie de moldeo curvada.

[0033] Cada tira o banda puede tener un ancho de 10-300 mm, tal como un ancho de 50-200 mm. Preferentemente, cada tira o banda se extiende por toda la longitud del tejido con patrón. Las tiras o bandas que forman regiones de fibras tratadas con el agente aglutinante pueden penetrar en todo el grosor del tejido con patrón, es decir, se pueden extender entre la superficie superior y la superficie inferior del tejido con patrón.

[0034] En un modo de realización preferente, el tejido con patrón tiene un grosor de 0,3-0,8 mm, preferentemente de 0,4-0,7 mm. Se ha descubierto que el patrón alterno de primeras secciones de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones de material de fibras tratado con agente aglutinante tiene una repercusión particular sobre la adaptabilidad mejorada de dichos tejidos alargados comparativamente delgados, tales como esteras de fibras de vidrio uniaxiales.

[0035] En un modo de realización preferente, el agente aglutinante está presente en el tejido alargado a un nivel de 1-10 g/m2, más preferentemente de 2-8 g/m2, lo más preferentemente de 3-7 g/m2. Es preferente que la proporción de las primeras secciones de material de fibras libre de agente aglutinante y las segundas secciones de material de fibras tratado con agente aglutinante sea de entre 1:3 y 3:1, más preferentemente de entre 1:2 y 2:1, en términos de área de superficie.

[0036] En un modo de realización preferente, la proporción en peso del material de fibras con respecto al agente aglutinante en el tejido alargado es de entre 50:1 y 300:1, más preferentemente de 100:1 a 200:1.

[0037] Preferentemente, la preforma comprende al menos 10 capas. Preferentemente, al menos dos de las capas de la preforma están formadas por el tejido alargado con patrón de la presente invención.

[0038] En un modo de realización preferente, el agente aglutinante se proporciona como un polvo. Preferentemente, el agente aglutinante comprende un poliéster y/o un éster vinílico. En un modo de realización preferente, el agente aglutinante es una resina pulverulenta de poliéster insaturado.

En algunos modos de realización, el material de fibras del tejido alargado es un material de fibras uniaxiales. En un modo de realización preferente, el material de fibras del tejido alargado es un material de fibras biaxiales. Típicamente, la preforma de la presente invención comprende capas de fibra tanto uniaxiales como biaxiales.

[0039] En un modo de realización preferente, el tejido alargado es una estera de fibras, tal como una estera de fibras de vidrio. En algunos modos de realización, la preforma y el tejido alargado tienen cada uno una longitud de entre 15 y 50 m. En un modo de realización preferente, están dispuestas 10-50 capas dentro del molde de preforma para formar la pila de capas.

[0040] Es preferente, en particular, que el tejido alargado con patrón forme la capa inferior de la pila de capas. En algunos modos de realización, un tejido alargado con patrón forma la capa inferior y otro tejido alargado con patrón forma la capa superior de la pila de capas.

[0041] En un modo de realización preferente, al menos un 5 % de todas las capas de la pila de capas está formada por el tejido alargado, tal como al menos un 10 %. Preferentemente, la preforma comprende al menos dos de los tejidos alargados con patrón de la presente invención. Una o más de las capas de la pila está formada por una plancha que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, en el que el agente aglutinante está distribuido uniformemente a lo largo de la plancha. Por tanto, la pila comprende preferentemente uno o más de los tejidos alargados con patrón de la presente invención y una o más capas, preferentemente capas de fibra, que incluyen el agente aglutinante distribuido uniformemente a lo largo de la capa. Por ejemplo, la capa superior y/o inferior de la pila es un tejido alargado con patrón de la presente invención y las capas entre las capas inferior y la superior incluyen una plancha en la que el agente aglutinante está distribuido uniformemente a lo largo de la plancha. Se ha descubierto que dicha disposición da como resultado una combinación, en particular, ventajosa de buena adaptabilidad y curabilidad y consolidación satisfactorias de la preforma, así como una adhesión apropiada entre las capas para permitir la sustentación de toda la preforma sin delaminación.

[0042] En un modo de realización preferente, la plancha que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, en la que el agente aglutinante está distribuido uniformemente a lo largo de la plancha, tiene un grosor de 1-2 mm, preferentemente de 0,9-1,6 mm.

[0043] En otro aspecto, la presente invención se refiere a una preforma, preferentemente una preforma alargada, para una pieza de pala de turbina eólica, comprendiendo la preforma una pluralidad de capas consolidadas en una pila de capas, en la que una o más de las capas está formada por un tejido alargado que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, comprendiendo el tejido alargado un patrón alterno de primeras secciones de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones de material de fibras tratado con agente aglutinante, en la que una o más de las capas está formada por una plancha que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, en la que el agente aglutinante está distribuido uniformemente a lo largo de la plancha.

[0044] En un modo de realización preferente, las primera y segunda secciones están formadas como bandas o tiras. En un modo de realización preferente, el tejido alargado tiene una dirección longitudinal y dichas tiras o bandas están orientadas sustancialmente paralelas a la dirección longitudinal del tejido alargado. En un modo de realización preferente, el tejido alargado forma la capa inferior y/o la superior de la pila de capas.

[0045] Típicamente, la preforma es una disposición consolidada de material que comprende fibras, tal como fibras de vidrio, y un agente aglutinante. La preforma típicamente se usará para fabricar una mitad de pala de una pala de turbina eólica. Las preformas se pueden usar en un procedimiento de moldeo de pala posterior como parte de la colocación de fibras en el molde de pala, tal como un semimolde de pala. Las preformas fabricadas de acuerdo con la presente invención se podrían colocar dentro de la región de raíz de un molde de pala, constituyendo, por tanto, parte del laminado de raíz. La región de raíz puede corresponder a una región de la pala que tenga una sección transversal sustancialmente circular o elíptica. Sin embargo, las preformas también se podrían usar para otras partes y regiones de una pala de turbina eólica, tales como refuerzos de borde de salida o de borde de ataque o bridas adhesivas. De forma alternativa, las preformas se podrían usar para una colocación de pala completa.

[0046] En un modo de realización preferente, al menos una de las superficies de la preforma, tal como la superficie inferior de la preforma, está curvada. En algunos modos de realización, al menos una de las superficies de la preforma tiene una curvatura doble. En otro modo de realización, al menos una de las superficies de la preforma, tal como la superficie inferior de la preforma, está curvada, arqueada, ondulada o, en general, conformada en U. En un modo de realización, las dos esquinas del borde superior de la preforma están conectadas por una trayectoria al menos parcialmente curvada, arqueada, ondulada o, en general, conformada en U. En un modo de realización preferente, la curvatura de una superficie de la preforma corresponde a un perfil en sección transversal de una mitad de pala de turbina eólica o parte de la misma. Es preferente que la preforma tenga una superficie cóncava o curvada hacia adentro.

[0047]En algunos modos de realización, la preforma tiene una proporción longitud-ancho de al menos 5:1. En otros modos de realización, la preforma tiene una proporción longitud-ancho de al menos 5:1, tal como de al menos 10:1. En un modo de realización preferente, la preforma tiene una proporción longitud-ancho de al menos 7:1.

[0048]En un modo de realización preferente, cada una de las preformas obtenibles por el molde de preforma de la presente invención está configurada para formar una sección de pala comenzando a partir del extremo de raíz de la pala de turbina eólica. Por tanto, preferentemente cada una de las preformas obtenibles por el molde de preforma de la presente invención está configurada para disponerse en el extremo de raíz del molde de pala. Lo más preferentemente, la preforma obtenible por el molde de preforma de la presente invención está configurada para formar una subsección de la sección de raíz que se extiende desde el extremo de raíz de la pala junto con otras subsecciones de la sección de raíz que se extienden igualmente desde el extremo de raíz de la pala.

[0049]En un modo de realización, las preformas de la presente invención consisten esencialmente en el material de fibras y el agente aglutinante. Esto significa que las preformas no contienen más de un 10 % en peso, preferentemente no más de un 5 % en peso o no más de un 1 % en peso, de material distinto del material de fibras y el agente aglutinante con respecto al peso total de la preforma. De acuerdo con otro modo de realización, la preforma consiste en el material de fibras y el agente aglutinante.

[0050]En otro modo de realización, el material de fibras usado para las preformas de la presente invención consiste esencialmente en fibras de vidrio. Esto significa que el material de fibras no contiene más de un 10 % en peso, preferentemente no más de un 5 % en peso o no más de un 1 % en peso, de material distinto de fibras de vidrio con respecto al peso total del material de fibras. De acuerdo con otro modo de realización, el material de fibras consiste en fibras de vidrio.

[0051]En un modo de realización, el agente aglutinante está presente en una cantidad de un 1-6 % en peso con respecto al peso del material de fibras. De acuerdo con otro modo de realización, el punto de fusión del agente aglutinante está entre 40° y 220 °C, preferentemente entre 40 y 160 °C. De acuerdo con otro modo de realización, el agente aglutinante comprende un poliéster, preferentemente un poliéster bisfenólico.

[0052]En un modo de realización de la presente invención, cada preforma consiste esencialmente en el material de fibras y el agente aglutinante. De acuerdo con otro modo de realización, una o más de las capas de la pila comprenden mechas ("rovings")de fibra, preferentemente mechas de fibra de vidrio. En otros modos de realización, el material de fibras puede comprender fibras de carbono o un material híbrido. De acuerdo con otro modo de realización, la pila comprende varios tejidos de fibra, tales como esteras de fibras, en la que uno o más de dichos tejidos de fibra están formados por el tejido alargado con patrón de la presente invención.

[0053]En un modo de realización preferente, las preformas fabricadas de acuerdo con el procedimiento mencionado anteriormente se usan como parte de la región de raíz de una pala de turbina eólica, tal como el laminado de raíz. La región de raíz se puede extender hasta 40 metros, tal como hasta 25 metros, desde el extremo de raíz de la pala, como se ve en su dirección longitudinal. En otros modos de realización, la región de raíz se puede extender hasta el hombro de la pala /- 5 metros. Sin embargo, las preformas también se podrían usar para otras partes y regiones de una pala de turbina eólica. En otros modos de realización, las preformas fabricadas de acuerdo con el procedimiento mencionado anteriormente se usan sobre una longitud de un 10-35 % de la longitud de pala total. En otro modo de realización, las preformas fabricadas de acuerdo con el procedimiento mencionado anteriormente se usan en una región de la pala que se extiende entre su extremo de raíz y un hombro de la pala.

[0054]Todas las características y modos de realización descritos anteriormente con respecto al procedimiento de fabricación de una pieza de pala de turbina eólica se aplican asimismo a la preforma y a la pala (pieza) de la presente invención y viceversa.

[0055]En otro aspecto, la presente invención se refiere a una pala de turbina eólica o a una pieza de pala de turbina eólica obtenible por el procedimiento de la presente invención, y a una pala de turbina eólica que comprende una pieza de pala de turbina eólica obtenible por el procedimiento de la presente invención. Esta pala de turbina eólica tiene características estructurales mejoradas, ya que el procedimiento según la invención implica una adaptabilidad significativamente incrementada y, por tanto, una calidad mejorada de la preforma, tal como menos formación de arrugas durante la fabricación de preformas y la posterior fabricación de palas.

[0056]Como se usa en el presente documento, el término "longitudinal" significa un eje o dirección que discurre sustancialmente paralelo a la máxima dimensión lineal del elemento en cuestión, por ejemplo, una preforma o un tejido alargado.

[0057]Como se usa en el presente documento, el término "alargado", tal como en "tejido alargado" o "preforma alargada", se refiere a un elemento, tal como un tejido o una preforma, que tiene dos dimensiones que son mucho menores que una tercera dimensión, tal como al menos tres, cinco, diez o veinte veces menores que una tercera dimensión. Típicamente, la tercera dimensión será la longitud (extensión longitudinal) de la preforma, a diferencia de las dos dimensiones menores, ancho y alto (grosor). La longitud (extensión longitudinal) de la preforma o del tejido con patrón típicamente se alineará con la dirección a lo largo de la envergadura de la pala de turbina eólica.

[0058]Como se usa en el presente documento, el término "tejido" significa un material que comprende una red de fibras que incluye, pero sin limitarse a, materiales tejidos o de punto, materiales acolchados o similares a acolchados, telas no tejidas.

[0059]Como se usa en el presente documento, el término "% en peso" significa porcentaje en peso. El término "con respecto al peso del material de fibras" significa un porcentaje que se calcula dividiendo el peso de un agente, tal como un agente aglutinante, por el peso del material de fibras. Como ejemplo, un valor de un 1 % en peso con respecto al peso del material de fibras corresponde a 10 g de agente aglutinante por kilogramo de material de fibras.

Descripción detallada de la invención

[0060]La invención se explica en detalle a continuación con referencia a los modos de realización mostrados en los dibujos, en los que

la fig. 1 muestra una turbina eólica,

la fig. 2 muestra una vista esquemática de una pala de turbina eólica,

la fig. 3 muestra una vista esquemática de un perfil alar a través de la sección I-I de la fig. 4,

la fig. 4 muestra una vista esquemática de la pala de turbina eólica, vista desde arriba y desde el lado,

la fig. 5 es una vista en perspectiva de un molde de preforma y una preforma en capas,

la fig. 6 es una vista en perspectiva de un molde de preforma y un tejido de fibra de acuerdo con la presente invención,

la fig. 7 es una vista superior esquemática que muestra diversos patrones de un tejido de fibra de acuerdo con la presente invención, y

la fig. 8 es un dibujo en perspectiva de un molde de pala para la colocación de preformas de acuerdo con la presente invención.

Descripción detallada

[0061]La fig. 1 ilustra una turbina eólica a barlovento moderna convencional de acuerdo con el denominado "concepto danés" con una torre 4, una góndola 6 y un rotor con un eje de rotor sustancialmente horizontal. El rotor incluye un buje 8 y tres palas 10 que se extienden radialmente desde el buje 8, teniendo cada una raíz de pala 16 más cercana al buje y una punta de pala 14 más alejada del buje 8.

[0062]La fig. 2 muestra una vista esquemática de un primer modo de realización de una pala de turbina eólica 10 de acuerdo con la invención. La pala de turbina eólica 10 tiene la conformación de una pala de turbina eólica convencional y comprende una región de raíz 30 más cercana al buje, una región perfilada o una de perfil alar 34 más alejada del buje y una región de transición 32 entre la región de raíz 30 y la región de perfil alar 34. La pala 10 comprende un borde de ataque 18 que mira hacia la dirección de rotación de la pala 10, cuando la pala está montada en el buje, y un borde de salida 20 que se orienta hacia la dirección opuesta del borde de ataque 18.

[0063]La región de perfil alar 34 (también llamada región perfilada) tiene una conformación de pala ideal o casi ideal con respecto a la generación de sustentación, mientras que la región de raíz 30, debido a consideraciones estructurales, tiene una sección transversal sustancialmente circular o elíptica, lo que, por ejemplo, hace más fácil y más seguro montar la pala 10 en el buje. El diámetro (o la cuerda) de la región de raíz 30 puede ser constante a lo largo de toda el área de raíz 30. La región de transición 32 tiene un perfil de transición que cambia gradualmente desde la conformación circular o elíptica de la región de raíz 30 hasta el perfil alar de la región de perfil alar 34. La longitud de cuerda de la región de transición 32 típicamente se incrementa con la distanciaren incremento desde el buje. La región de perfil alar 34 tiene un perfil alar con una cuerda que se extiende entre el borde de ataque 18 y el borde de salida 20 de la pala 10. El ancho de la cuerda disminuye con la distanciaren incremento desde el buje.

[0064]Un hombro 40 de la pala 10 se define como la posición donde la pala 10 tiene su mayor longitud de cuerda. El hombro 40 típicamente está provisto en el límite entre la región de transición 32 y la región de perfil alar 34.

[0065]Cabe destacar que las cuerdas de diferentes secciones de la pala normalmente no se colocan en un plano común, puesto que la pala puede estar torcida y/o curvada (es decir, flexionada previamente), proporcionando, por tanto, al plano de cuerda un correspondiente desarrollo torcido y/o curvado, más a menudo siendo este el caso para compensar que la velocidad local de la pala sea dependiente del radio desde el buje.

[0066]Las figs. 3 y 4 representan parámetros que se usan para explicar la geometría de la pala de turbina eólica de acuerdo con la invención. La fig. 3 muestra una vista esquemática de un perfil alar 50 de una pala típica de una turbina eólica representada con los diversos parámetros, que típicamente se usan para definir la conformación geométrica de un perfil alar. El perfil alar 50 tiene un lado de presión 52 y un lado de succión 54, que, durante el uso —es decir, durante la rotación del rotor— , normalmente miran hacia el lado contra el viento (o a barlovento) y el lado a favor del viento (o a sotavento), respectivamente. El perfil alar 50 tiene una cuerda 60 con una longitud de cuerda c que se extiende entre un borde de ataque 56 y un borde de salida 58 de la pala. El perfil alar 50 tiene un grosort,que se define como la distancia entre el lado de presión 52 y el lado de succión 54. El grosortdel perfil alar varía a lo largo de la cuerda 60. La desviación de un perfil simétrico se da por una línea de combadura 62, que es una mediatriz a través del perfil alar 50. La mediatriz se puede encontrar dibujando círculos inscritos desde el borde de ataque 56 hasta el borde de salida 58. La mediatriz sigue los centros de estos círculos inscritos y la desviación o distancia desde la cuerda 60 se llama combaduraf.La asimetría también se puede definir por el uso de parámetros llamados combadura superior (o combadura de lado de succión) y combadura inferior (o combadura de lado de presión), que se definen como las distancias desde la cuerda 60 y el lado de succión 54 y el lado de presión 52, respectivamente.

[0067]Los perfiles alares, a menudo, se caracterizan por los siguientes parámetros: la longitud de cuerdac,la máxima combaduraf,la posicióndfde la máxima combaduraf,el máximo grosor de perfil alar t, que es el diámetro más grande de los círculos inscritos a lo largo de la mediatriz de combadura 62, la posicióndtdel máximo grosorty un radio de nariz (no mostrado). Estos parámetros típicamente se definen como proporciones con respecto a la longitud de cuerda c. Por tanto, un grosor de pala relativo localt/cse da como la proporción entre el máximo grosor localty la longitud de cuerda local c. Además, la posicióndpde la máxima combadura de lado de presión se puede usar como un parámetro de diseño y, por supuesto, también la posición de la máxima combadura de lado de succión.

[0068]La fig. 4 muestra otros parámetros geométricos de la pala. La pala tiene una longitud de pala total L. Como se muestra en la fig. 3, el extremo de raíz está ubicado en la posiciónr= 0, y el extremo de punta ubicado enr=L.El hombro 40 de la pala está ubicado en una posiciónr=Lw,y tiene un ancho de hombroW,que es igual a la longitud de cuerda en el hombro 40. El diámetro de la raíz se define como D. La curvatura del borde de salida de la pala en la región de transición se puede definir por dos parámetros, a saber, un radio de curvatura exterior mínimoroy un radio de curvatura interior mínimor¡,que se definen como el radio de curvatura mínimo del borde de salida, visto desde el exterior (o detrás del borde de salida), y el radio de curvatura mínimo, visto desde el interior (o en frente del borde de salida), respectivamente. Además, la pala está provista de una flexión previa, que se define comoAy,que corresponde a la deflexión fuera del plano desde un eje dep¡tch22 de la pala.

[0069]La fig. 5 es una vista en perspectiva de un molde de preforma y una preforma en capas de acuerdo con la presente invención. Una pluralidad de capas, es decir, tres capas 70, 72, 74 en el ejemplo ilustrado, están dispuestas dentro del molde de preforma 90 para formar una pila de capas. La superficie superior 76 de la capa superior 74 se puede ver en la fig. 5. Cada una de las capas típicamente comprende un material de fibras y opcionalmente un agente aglutinante. Como se ve mejor en la vista parcialmente desensamblada de la fig. 6, la capa inferior 70 de la pila está formada por un tejido 70 alargado, tal como una estera de fibras uniaxiales, que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante. El tejido 70 alargado comprende un patrón alterno de primeras secciones 80a-f de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones 82a-e de material de fibras tratado con agente aglutinante.

[0070]Como se muestra en el modo de realización ilustrado de la fig. 6, las primera y segunda secciones 80 están formadas como bandas o tiras. La longitud L, o dirección longitudinal, del tejido 70 alargado se ilustra en las figs. 5 y 7. Es preferente que dichas tiras o bandas estén orientadas sustancialmente paralelas a la dirección longitudinal L del tejido alargado L, como se ve en la vista superior de las fig. 7a y 7c, que muestra la superficie superior de los respectivos tejidos. Se ilustran diversos otros patrones posibles de las primeras secciones 80 (en blanco) y segundas secciones 82 (en negro) en las figs. 7b, d, e y f, incluyendo tiras oblicuas, tiras transversales, un patrón de tablero de ajedrez y un patrón de ondas.

[0071]Una vez que se ensambla toda la pila, como se ve en la fig. 5, la pila se puede calentar y/o tratar a vacío para formar la preforma 98 final. A continuación, cada preforma 98a-c se puede transferir a un molde de pala 96 que comprenda una cavidad de molde 97, como se ilustra en la fig. 8. Las preformas 98a, 98b, 98c fabricadas se pueden colocar en un molde de pala 96 para formar parte de una pala de turbina eólica, tal como el laminado de raíz. Es preferente, en particular, que las preformas fabricadas de acuerdo con la presente invención se usen para una sección de pala que comienza a partir del extremo de raíz de la pala, tal como la región de raíz. Las preformas 98a, 98b, 98c están dispuestas en la cavidad de molde de pala 97, normalmente junto con material de fibras 94 adicional. A continuación, se infunde resina en la cavidad de molde de pala 97, que posteriormente se cura o endurece para formar la pieza de pala, tal como una mitad de pala. Como se ve en la fig. 8, la dirección longitudinal L del tejido 70 o de la preforma 98 típicamente se alineará con la dirección longitudinal o a lo largo de la envergadura de la pala.

[0072]La invención no está limitada a los modos de realización descritos en el presente documento y se puede modificar o adaptar sin apartarse del alcance de la presente invención como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Lista de números de referencia

[0073]

2 turbina eólica

4 torre

6 góndola

8 buje

10 pala

14 punta de pala

16 raíz de pala

18 borde de ataque

20 borde de salida

22 eje depitch

24 primera mitad de concha

26 segunda mitad de concha

30 región de raíz

32 región de transición

34 región de perfil alar

40 hombro/posición de máxima cuerda

50 perfil alar

52 lado de presión

54 lado de succión

56 borde de ataque

58 borde de salida

60 cuerda

62 línea de combadura/mediatriz

70 primer(a) capa/tejido

72 segunda/o capa/tejido

74 tercer(a) capa/tejido

76 superficie superior de tercer(a) capa/tejido

80 primera sección de tejido

82 segunda sección de tejido

90 molde de preforma

94 material de fibras

96 molde de pala

97 cavidad de molde de pala

98 preforma

clongitud de cuerda

dtposición de máximo grosor

dfposición de máxima combadura

dpposición de máxima combadura de lado de presión

fcombadura

Llongitud de pala

L longitud o dirección longitudinal de tejido/pre forma

rradio local, distancia radial desde la raíz de pala

tgrosor

Ay; flexión previa

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de fabricación de una pieza de pala de turbina eólica (24, 26), comprendiendo el procedimiento:

proporcionar un molde de preforma (90),

disponer una pluralidad de capas (70, 72, 74) dentro del molde de preforma (90) para formar una pila de capas, en el que una o más de las capas está formada por un tejido (70) que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, comprendiendo el tejido un patrón alterno de primeras secciones (80) de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones (82) de material de fibras tratado con agente aglutinante,

calentar la pila de capas para formar una preforma (98),

transferir la preforma (98) a un molde de pala (96) que comprende una cavidad del molde (97), infundir resina en la cavidad del molde de pala,

curar y/o endurecer la resina para formar la pieza de pala,

caracterizado por queuna o ambas de las capas exteriores de la pila están formadas por un tejido con patrón y una o más de las capas interiores de la pila están formadas por un tejido sin patrón.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las primera y segunda secciones están formadas como bandas o tiras.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el tejido tiene una dirección longitudinal y dichas tiras o bandas están orientadas sustancialmente paralelas a la dirección longitudinal del tejido.

4. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el tejido tiene un grosor de 0,3-0,7 mm, preferentemente de 0,4-0,6 mm.

5. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la proporción en peso de material de fibras con respecto al agente aglutinante en el tejido es de entre 50:1 y 300:1.

6. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el agente aglutinante comprende un poliéster y/o un éster vinílico.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de fibras del tejido es un material de fibras uniaxiales.

8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la preforma (98) y el tejido tienen cada uno una longitud de entre 15 y 50 m.

9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el tejido forma la capa inferior y/o la superior de la pila de capas.

10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos un 5 % de todas las capas de la pila de capas está formada por el tejido.

11. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que una o más de las capas está formada por una plancha que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, en el que el agente aglutinante está distribuido uniformemente a lo largo de la plancha.

12. Una preforma (98) para una pieza de pala de turbina eólica (24, 26), comprendiendo la preforma (98) una pluralidad de capas (70, 72, 74) consolidadas en una pila de capas,caracterizada por queuna o más de las capas está formada por un tejido (70) que comprende un material de fibras tratado con un agente aglutinante, comprendiendo el tejido un patrón alterno de primeras secciones (80) de material de fibras libre de agente aglutinante y segundas secciones (82) de material de fibras tratado con agente aglutinante, en la que una o ambas de las capas exteriores de la pila están formadas por un tejido con patrón y una o más de las capas interiores de la pila están formadas por un tejido sin patrón.

13. Una preforma (98) de acuerdo con la reivindicación 12, en la que las primera y segunda secciones están formadas como bandas o tiras.

14. Una preforma (98) de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el tejido tiene una dirección longitudinal y dichas tiras o bandas están orientadas sustancialmente paralelas a la dirección longitudinal del tejido.

15. Una preforma (98) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12-14, en la que el tejido forma la capa inferior y/o la superior de la pila de capas.